Le të jetë forca me ju dhe pajisjet tuaja. Karikues me valë

I famshmi Nikola Tesla ishte i fiksuar pas një ideje. Ai imagjinonte se energjia elektrike mund të transmetohej me valë, përmes ajrit në distanca të gjata ose me ndihmën e kullave të organizuara në një rrjet (1). Jo gjithçka shkoi sipas planit, pasi vizioni i tij po përdorte shumë energji. Ambiciet e Teslës nuk u materializuan, por vetë teoria nuk u hodh poshtë.

Një punim i botuar në janar 2021 në revistën Nature sugjeroi se ata mund të ndërtonin pa vetëdije atë që Tesla dështoi të ndërtonte në kthesën e shekujve XNUMX dhe XNUMX - një "rrjet energjie pa tela" që mund të përshtatet për karikim. ose fuqizimin e pajisjeve të vogla të ngulitura në makina, shtëpi. , punë dhe fabrika.

Për shkak se 5G mbështetet në një rrjet të dendur shtyllash dhe antenash, është e mundur që e njëjta infrastrukturë, me disa modifikime, të mund të japë energji për pajisjet e vogla. Sidoqoftë, sistemi do të vuajë ende nga i njëjti problem që kishin kullat Tesla - humbje të larta të energjisë.

Të krijuara për përdorim, ato mund të mbajnë një lidhje interneti dhe energji elektrike. Eksperimentet përdorën lloje të reja antenash për të lehtësuar karikimin me valë. Në laborator, studiuesit përdorën lidhje 5G për të transmetuar energjinë në një distancë relativisht të shkurtër prej pak më shumë se dy metra, por ata presin që versioni tjetër i pajisjes së tyre të jetë në gjendje të transmetojë 6 mikrovat (6 milionta e një vat) në një distancë prej 180 metra. Kjo ende nuk mjafton. Nuk mjafton të karikoni telefonin tuaj. Megjithatë, mund të ngarkojë ose të fuqizojë Pajisjet IoT, sensorë dhe alarme. Në fabrika, qindra sensorë IoT mund të përdoren për të monitoruar magazinat, për të parashikuar prishjet e pajisjeve ose për të gjurmuar lëvizjen e pjesëve përgjatë një linje prodhimi.

Për të siguruar energji me valë në këtë nivel, direku 5G ato duhet të jenë së paku 31 kW, që korrespondon me dhjetë kazan me ujë të vluar vazhdimisht. Ndërsa frika se 5G mund të shkaktojë kancer janë zhgënjyer nga shkencëtarët, sasia e energjisë që vjen nga direket mund të jetë e rrezikshme. Përdoruesit duhet të jenë të paktën 16 metra larg nga shtyllat në përputhje me rregullat e sigurisë. Kjo teknikë është vetëm në fillimet e saj.

Zgjidhje të mundshme në të ardhmen, nëse vetëm antenave të reja me trarë më të ngushtë dhe më të fokusuar mund të zvogëlojë ndjeshëm sasinë e fuqisë së nevojshme për funksionimin e sistemit. Kohët e fundit, një grup shkencëtarësh nga Instituti i Teknologjisë së Gjeorgjisë zhvilluan një të vogël, Antenë ndreqëse e printuar 3Dtë cilat mund të mbledhin energjinë elektromagnetike të sinjaleve të rrjetit 5G dhe ta përdorin atë për të fuqizuar pajisjet. Antena fleksibël, dizajni i së cilës bazohet në lentet Rothman, mund të mbledhë valë milimetrash në brezin 28 GHz. Energjia e valëve elektromagnetike ai transferohet në karikues dhe transmetohet me valë, për shembull, tek modulet elektronike portative ose IoT.

Zgjidhje si ato të përshkruara më sipër tashmë janë duke u testuar në disa vende anembanë botës. Powerco, e dyta më e madhe shpërndarës të energjisë elektrike në Zelandën e Re po piloton sistemin Emrod, i cili përdor rectenna që kapin valët në spektrin elektromagnetik që korrespondojnë me frekuenca të tilla si Wi-Fi ose Bluetooth, dhe më pas transmetojnë energji elektrike të mikrovalës nga një pikë në tjetrën (2). Në të njëjtën kohë, lazerët e vegjël monitorojnë antenat ndreqës për të zbuluar çdo pengesë midis pikave të stafetës. “Ne kemi zhvilluar teknologjinë për të transmetuar energjinë me valë në distanca të gjata,” thotë Greg Kushnir, themeluesi i Emrod.

2. Krahasimi i instalimit të sistemit të transmetimit pa tela të energjisë Emrod me një rrjet tipik transmetimi

projekte transmetimi i energjisë pa tel ata arrijnë hapësirën e jashtme në distanca edhe më të mëdha. Siç doli kohët e fundit, misterioze Mini anijes X-37B përdoret gjithashtu nga Pentagoni për të testuar teknologjitë për transmetimin e energjisë në distancë dhe furnizimin me pajisje të ndryshme me të. X-37B ka një pllakë të veçantë me një diametër prej 30 centimetra, e cila është projektuar për të kthyer energjinë diellore në energji mikrovalore. Raportohet se rezultatet e eksperimentit PRAM-FX i befasuan shumë shkencëtarët. Efikasiteti i konvertimit është shumë më i lartë se sa pritej.

Cili është plani i Pentagonit? Ushtria dëshiron të dërgojë me valë sasi masive të energjisë nga orbita në Tokë dhe më pas në mbarë botën. Avantazhi i kësaj teknologjie është se edhe kushtet më të këqija të motit nuk kanë frikë prej saj. Shkencëtarët e shohin aplikimin e tij jo vetëm në bazat në Mars ose në Hënë, ku do të jetë e mundur të prodhohet energji në një vend dhe më pas ta dërgohet në baza të largëta, por edhe në Tokë, për shembull, për të transferuar energji midis objekteve të largëta.

Tani pentagoni është në ndërtim e sipër. anije kozmike e quajtur Arachne i Sistemi diellor Helios. Anija do të pajiset me pllaka të veçanta diellore dhe një sistem për transmetimin e energjisë në orbitë, si dhe në Tokë. Pajisja duhet të dërgohet në hapësirë ​​që në vitin 2023. Ushtria amerikane planifikon të ndërtojë disa ferma diellore në orbitën e Tokës në vitet 20 të shekullit XNUMX, ku do të jetë e mundur të prodhohet energji dhe ta dërgojë atë në Tokë ose të fuqizojë instalimet hapësinore me të.

Ferma të ngjashme do të ndërtohen edhe në orbitë rreth Hënës dhe Marsit, sepse në projekt është përfshirë edhe NASA.

Induksioni ose valët

Me "karikim me valë" nënkuptohet procesi karikimi i pajisjes elektrike dhe pajisje që funksionojnë me bateri pa pasur nevojë për një lidhje elektrike me tela. Në përgjithësi, ekzistojnë tre lloje të karikimit: induktiv, rezonant dhe radio.

karikimi induktiv përdor dukurinë fizike të induksionit elektromagnetik. Kur rryma alternative kalon përmes spirales së induksionit në stacionin e karikimit, ngarkesa elektrike lëvizëse krijon një fushë magnetike, forca e së cilës luhatet.

Kjo fushë magnetike e alternuar krijon një rrymë elektrike alternative në spiralen e induksionit të pajisjes së karikimit, e cila nga ana tjetër kalon përmes ndreqësit. Rryma e drejtpërdrejtë ngarkon baterinë ose siguron fuqi funksionale. Koncepti i karikimit induktiv u eksplorua për herë të parë nga fizikani anglez Michael Faraday në 1831 dhe u rafinua më tej nga Nikola Tesla.

Deri tani, aplikacioni më i popullarizuar i këtij lloji të teknologjisë në botë është standardi i karikimit me valë Qi për telefonat inteligjentë, orët inteligjente dhe tabletët (3). Karikimi induktiv përdoret gjithashtu në automjete, vegla elektrike, furça dhëmbësh elektrike dhe pajisje mjekësore. Pajisjet portative mund të vendosen pranë stacionit të karikimit ose pianurës së induksionit pa pasur nevojë për pozicionim të saktë ose kontakt elektrik me stacionin e dokimit ose spinën.

3. Karikues me valë

Distanca të mëdha ndërmjet bobinave të transmetuesit dhe marrësit mund të arrihen duke përdorur bashkimin induktiv rezonant në një sistem ngarkimi induktiv në të cilin çdo induktor i shtohet një kondensator për të formuar dy qarqe në një frekuencë rezonante specifike. Përputhja e frekuencës AC frekuenca rezonantedhe kjo zgjidhet në varësi të distancës së kërkuar për performancën maksimale.

Një nga kompanitë më të njohura në këtë industri është nisja e WiTricity i njohur për teknologjinë e tij të karikimit me valë të bazuar në rezonancën elektromagnetike. Zgjidhjet e kompanisë përbëhen nga transmetuesit dhe marrësit që ata kanë antenave magnetike akorduar në të njëjtën frekuencë, duke lejuar platformën të karikojë shumë pajisje në të njëjtën kohë.

Qëllimi kryesor i WiTricity është pajisja e automjeteve elektrike me këtë sistem. WiTricity ka bashkëpunuar me Toyota, e cila ka testuar dyshekët e karikimit në hibride Prius, si dhe Honda, Hyundai, Nissan dhe GM. Megjithatë, vetëm BMW 2018e iPerformance 530e i vitit 2018 ishte modeli i parë me këtë sistem që doli në treg.

Mbushës wireless Transmetimet në radio kishin paraqitur tashmë një skicë historike që shkon prapa në kohën e Teslës. Ai bazohet në një parim tjetër fizik - transferimin e energjisë nga valët elektromagnetike. Aktualisht operon në brezat e fuqisë së ulët, megjithëse puna e zhvillimit është ende në vazhdim.

Në vitin 2015, teknologjia e mikrovalës me valë mund të transmetonte 1,8 kilovat energji në një distancë prej 55 metrash. Për më tepër, kjo nuk ndodhi në një vakum, por në atmosferën e zakonshme të Tokës. Kjo u bë nga studiues japonezë dhe u konsiderua një arritje e madhe në fushën e transmetimit të energjisë pa përdorimin e telave elektrikë. Në Japoni, kërkimet janë duke u zhvilluar për transmetimin e energjisë pa tel në distanca të gjata për shumë vite. Janë të njohura edhe plane për marrjen e energjisë nga Dielli me ndihmën e madhe fermë diellore në hapësirën e jashtme.

Patentat dhe standardet

Shumica e më shumë se 2019 patentave në këtë fushë në pritje në 20-401 janë në Kinë - 4 (XNUMX). Sigurisht, korporatat amerikane si Qualcomm dhe Apple po zhvillohen gjithashtu në mënyrë aktive. teknologjitë e reja të karikimit me valë. Në Korenë e Jugut, Samsung dhe LG po punojnë në mënyrë aktive në këtë fushë me smartfonët e tyre kryesorë të serive Galaxy S dhe V, të cilët mbështesin karikimin me valë. Në Japoni, nga ana tjetër, kjo teknikë është me interes për gjigantët e automobilave Toyota dhe Nissan.

4. Vendet kryesore në numrin e patentave në fushën e karikimit me valë

Megjithatë, në mënyrë që karikimi me valë të bëhet i përhapur, nevojiten edhe standarde ndërkombëtare. Vitet e fundit, janë shfaqur dy standarde të karikimit me valë - Qi dhe Power Matters Alliance (PMA).

Qi përdor një gamë prej 100…205 kHz. Sipas Konsorciumit Wireless Power, aktualisht ka mbi 3700 pajisje të certifikuara nga Qi në treg të afta për të dhënë 5 deri në 15 vat energji për pajisjet mobile.

Standardi i karikimit PMA përdor gamën 277…357 kHz. I njohur gjithashtu si standardi AirFuel Alliance, ky opsion me valë jep deri në 50 milimetra energji, duke ju lejuar të përdorni pajisjet tuaja gjatë karikimit dhe ju lejon të karikoni shumë pajisje në të njëjtën kohë.

Edhe pse të dyja këto standarde përdorin karikimi induktiv dhe kanë një strukturë të ngjashme përbërëse, ato nuk janë të pajtueshme. Pajisjet kërkojnë konfigurime të ndryshme për të mbështetur PMA dhe Qi. Shumë pajisje të reja përfshijnë harduerin e kërkuar për të përdorur të dy standardet e karikimit. Situata po ndryshon pasi Qi duket se po e merr përsipër. Për shembull, Powermat, një anëtar themelues i konsorciumit PMA, po kalon në standardin Qi, i cili gjithashtu është miratuar nga Apple si një standard i karikimit me valë. Prodhuesit e tjerë kryesorë Qi përfshijnë Apple, Asus, HTC, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, NuCurrent, Samsung, BlackBerry, Xiaomi dhe Sony.

Në kërkim të komoditetit, performancës dhe besueshmërisë

Le të hedhim një vështrim në zgjidhjet e disponueshme në treg ose ato të reja të zhvilluara. Prodhuesit përpiqen ta bëjnë këtë lloj pajisjeje të lehtë për t'u përdorur. Një shembull do të ishte Tabela të kantierit të anijeve, një nga prodhuesit kryesorë të banakut në MB, ofron një teknikë për integrimin e teknologjisë së karikimit me valë në sipërfaqen e tavaneve të tyre. Ky sistem modular i thjeshtë dhe efikas përdor transmetuesin standard SupaPowa Qi i cili lejon që rryma të rrjedhë midis spirales së transmetuesit dhe spirales së marrësit në afërsi.

Pjesa e tavolinës moderne dhe elegante shkëlqen kur pajisja është e karikuar. Prodhuesi gjithashtu ofron të vendosë një disk të bërë nga materiali kontrast në tavolinën e punës, falë të cilit vendndodhja e pikës së karikimit është qartë e dukshme për të gjithë përdoruesit: ditën dhe natën.

Sistemi "FreePower" i Aira-s mund të integrohet në tavolina, tavolina dhe tavolina për t'i kthyer ato në karikues të aftë për të fuqizuar pajisje të shumta njëkohësisht. Ngarkuesit tipik të kontaktit kanë zona e përqendruar e kthesavei cili duhet të jetë në linjë me smartfonin për ta karikuar. Sipërfaqet me fuqi Aira përdorin mbështjellje të shumta në sipërfaqe dhe algoritme që mbajnë gjurmët e pajisjeve që ngarkohen.

Sistemi i karikimit me valë Energous' WattUp(5) i lejon përdoruesit të karikojnë telefonat inteligjentë, tabletët dhe pajisjet e tjera në të njëjtën zonë me platformën. WattUp funksionon njësoj si WiTricity (imazhi i rezonancës magnetike), por ndryshon nga fillimi i Bostonit në atë që transmetuesi përdor Bluetooth për të kërkuar pajisje që mund të karikohen duke përdorur aplikacionin Energous.

Një nga më të njohurit në tregun botëror është Teknika Powermat (6), i quajtur SmartInducitve, bazuar në induksionin magnetik, duke lejuar transmetimin e energjisë në distanca të gjata, deri në 40 cm, duke mbështetur karikimin me valë me një zhvendosje të konsiderueshme (edhe kur pozicionohet në një kënd) dhe i përshtatshëm për karikimin dhe fuqizimin e pajisjeve me valë përmes mureve , në distancë, në kushte të vështira të jashtme, nënujore dhe madje në mjedise me shkallë të lartë metalike.

Nga ana tjetër, Elix Wireless zhvillon karikues me fuqi të lartë nga 1 në 000 20 W për çdo aplikim dhe pajisje industriale. Kompania është e specializuar në "bashkimin magnetodinamik" (MDC), i cili përdor një palë magnete rrotulluese si në transmetues ashtu edhe në marrës, të ndarë nga një hendek ajri. Rrotullimi i magnetit në njësinë e transmetuesit bën që magneti në marrës të rrotullohet në sinkron, duke siguruar transferim efikas të energjisë që prodhon më pak nxehtësi sesa metodat e tjera të induksionit.

Krahasuar me të gjitha zgjidhjet e përshkruara këtu, produkti uBeam ndryshon në atë që përdor ultratinguj për karikim. Sipas përshkrimit të teknologjisë nga kompania, platforma funksionon me një transmetues të ngjashëm me altoparlantin që lëshon tinguj me frekuencë të lartë në rangun prej 45 deri në 75 kHz (i padëgjueshëm për njerëzit dhe kafshët). Më pas përdor një antenë me grup faza për të dërguar zërin te një marrës i ngjashëm me mikrofonin, i montuar në një pajisje që ka nevojë për energji. Tjetra energjia e valës tejzanor konvertohet në rrymë të vazhdueshme. Kur pajisja është duke u ngarkuar, transmetimi i energjisë ndërpritet.

Kujdes nga trupat e huaj

Pavarësisht zhvillimit dhe përmirësimit të vazhdueshëm, metodat e tarifimit të përdorura aktualisht në praktikë ende paraqesin shumë probleme. Siç u përmend në një artikull të kohëve të fundit në The New York Times, karikimi i një iPhone XR me karikuesin me tela 12-vatësh të Apple rriti nivelet e baterisë me 38 për qind në 30 minuta, por përdorimi i një stacioni karikimi me valë për gjysmë ore solli vetëm një karikim prej 24 për qind.

Pra, rezultati nuk është shumë mbresëlënës. Përveç kësaj, sa më larg të jetë marrësi nga transmetuesi, aq më pak energji do të marrë nga burimi. një fushë magnetike. Efikasiteti i karikimit zvogëlohet jo vetëm me rritjen e distancës, por edhe për shkak të një pozicioni "jo optimal". Përveç kësaj, të gjitha metodat e transferimit të energjisë gjenerojnë nxehtësi. Karikimi me valë nuk është më i mirë dhe në disa raste mund të jetë më problematik sesa karikimi me kabllo.

W karikues pa tel duhet të keni kujdes nga objektet e huaja pranë spirales, veçanërisht nëse ato janë prej metali. Për shembull, një monedhë ose grup çelësash të vendosur aksidentalisht në një karikues mund të fillojë të transferojë energji, duke shkrirë potencialisht objektin dhe duke dëmtuar karikuesin. Ka, sigurisht, pajisje që sinjalizojnë kur objektet e huaja janë aty ku nuk duhet të jenë, por, siç mund ta merrni me mend, ato kushtojnë jo më pak se zakonisht.

Fuqia nga ajri i hollë mund të zgjidhë problemin tuaj të baterisë

Lufta për të përmirësuar ata që nuk janë ende mbresëlënës intensifikohet cilësimet e karikuesit pa tel. Kompanitë po kërkojnë mënyra për ta bërë më të përshtatshëm procesin e karikimit të një telefoni inteligjent, në mënyrë që telefoni të mos jetë pranë një prize ose të pozicionuar saktësisht në një sipërfaqe karikimi. Në vitin 2019, kompania kineze OPPO ofroi modele telefoni Reno Ace që punonin me një karikues pa tel 65 W, i cili lejonte që bateria të ngarkohej deri në 100 për qind.

brenda 30 minutave. Që atëherë, konkurrenca për kapacitetin më të lartë të karikimit me kabllo ka vazhduar. Në vitin 2020, VIVO dhe Xiaomi njoftuan teknologjinë e karikimit me tela 120 W që mund të ngarkojë një bateri 4000 mAh në 20 minuta. Megjithatë, këto pajisje aktualisht nuk janë të disponueshme në treg, siç është sistemi i paralajmëruar i Xiaomi 80 vat.

Fillimi i vitit 2021 është një seri prezantimesh të sistemeve të karikimit në distanca të gjata për pajisjet celulare “pa tela dhe asnjë stend karikimi”. OPPO prezantoi zgjidhjen e saj për herë të parë. Në videon demo, mund të shohim se telefoni karikohet me valë, pavarësisht se është hequr nga baza. Menjëherë pas këtij prezantimi, kinezët nga Xiaomi njoftuan sistemin Mi Air Charge. Disa ditë më vonë, tashmë në shkurt, Motorola organizoi një demonstrim stacion karikimi në distancë i quajtur "Motorola One Hyper" (7). Dhe kompania japoneze Aeterlink ka zbuluar një pajisje Airplug që pretendon se mund të fuqizojë pajisjet deri në 20 metra larg.

7. Prezantimi i sistemit Motorola One Hyper për karikimin e kamerave nga një distancë rreth një metër

Në mars, Xiaomi zbuloi më shumë detaje rreth teknikës së saj të karikimit me rreze të gjatë. Karikuesi i tij është i pajisur me antena të afta të zbulojnë pozicionin e telefonit inteligjent. Matrica e kontrollit të fazës i përbërë nga 144 antena që transmetojnë valë milimetrash drejtpërdrejt në telefon përmes formimit të rrezeve. Gama e antenave marrëse prej 14 antenash konverton sinjalin e valës milimetrike në energji elektrike, e cila ngarkon telefonin.

Kompania tha se "në të ardhmen e afërt" sistemi do të jetë në gjendje të punojë edhe me orë inteligjente, byzylykë dhe pajisje të tjera të veshura. Sa i përket telefonit inteligjent, Xiaomi ka zhvilluar një "antenë sinjali" dhe një "antenë marrëse bedel". E para transmeton informacion rreth vendndodhjes.

Një nga idetë e karikimit me valë karikues pa tel për distanca të gjatae cila vidhohet në prizën e llambës. Ky është një produkt i zhvilluar nga kompania izraelite Wi-Charge. Ky është përdorimi i dritës infra të kuqe për të transmetuar fuqi prej rreth dy vat. Kompania shfaqi teknikën në CES 2020 dhe mori një çmim inovacioni. Ideja është që transmetuesi do të lidhet me burimet tradicionale të energjisë shtëpiake dhe do të konvertojë energjinë elektrike në rreze lazer infra të kuqe. Marrësit e integruar në pajisje do ta shndërrojnë këtë dritë në një burim energjie. Wi-Charge aktualisht po nxjerr zgjidhjen e tij për karikimin në distancë të kamerave të sigurisë dhe rafteve inteligjente në dyqanet dhe magazinat në SHBA.

Nëse pajisjet elektronike të veshura kanë përfituar ndonjëherë nga karikimi me valë në distancë, qoftë në një rrjet si 5G ose në ndonjë teknologji tjetër pa ndalim, bateritë mund të zvogëlohen në madhësi dhe në disa raste të mos përdoren krejtësisht. . Kjo zgjidh shumë nga problemet me të cilat përballet sot sektori i pajisjeve të veshura.